DE10339581A1

DE10339581A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ortung einer elektromagnetische Strahlung emitierenden Quelle

Info

Publication number: DE10339581A1
Application number: DE10339581A
Authority: DE
Inventors: Jochen Baumeister
Original assignee: TELTIX GmbH
Current assignee: MOBILE-CITY GMBH, 66115 SAARBRUECKEN, DE
Priority date: 2003-08-28
Filing date: 2003-08-28
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Moderne Verfahrensabläufe benötigen genaue Aufenthaltspositionen von Mobilgeräten. Die hohe Dynamik der Funkkanäle durch Zeit- und Ortsvarianzen erschwert eine genaue Positionsbestimmung. Diese Problemstellung wird erfindungsgemäß durch den Einsatz einer Referenzquelle gelöst, deren Position auf andere Weise mit großer Genauigkeit bestimmt ist. Durch diese Referenzquelle ist der Kanal vom näheren Umfeld der Referenzquelle bis zur Empfangsanlage sehr genau bestimmbar. Die Position des zu ortenden Gerätes wird wiederum aus der Korrelation der Feldstärkepegel von Referenzquelle und Zielquelle, der Position der Referenzquelle sowie der durch klassische Ortungsverfahren geschätzten Position der Zielquelle ermittelt. Sender nahe der Referenzquelle sind somit wesentlich besser lokalisierbar.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verbesserten Positionsbestimmung eines elektromagnetische Strahlung emittierenden Gerätes durch Nutzung einer bewegten Referenzquelle.
Neuartige Geschäftsmodelle basieren auf der möglichst exakten Positionsbestimmung von Geräten, die elektromagnetische Strahlung (EMS) emuittieren. Zu dieser Klasse vom Geräten zählen insbesondere Mobiltelefone, PDAs sowie deren Weiterentwicklungen und Mischformen. Die auf der Ortung dieser Geräte aufbauenden Dienste werden Location Based Services (LBS) genannt.
Typischerweise basieren die LBS-Dienste auf der Messung der Feldstärke der emittierten EMS sowie weiterer, im Mobilfunk Standard vereinbarter, übertragener Information. Da an der Empfangsanlage wahrgenommenen Feldstärken E, H eine Funktion der Entfernung s zum Sender und weiterer Kanal-spezifischer Parameter K_i sind (E = E(s, K_i), H = H(s, K_i) lässt sich prinzipiell durch die Kombination gleich zeitiger Messergebnisse an unterschiedlichen Messpunkten (typischweise Antennen bzw. vergleichbare Empfangsanlagen) eine Ortung des EMS emittierenden Objekts vornehmen. Voraussetzung für eine exakte Ortung ist demzufolge eine genaue Kenntnis des Zusammenhangs zwischen Feldstärke und Entfernung und somit eine genaue Kentniss der Parameter des Übertragungskanals K_i. Typische Kanäle für Mobilfunkanwendungen sind durch eine stark ausgeprägte zeitliche und räumliche Dynamik K_i = K_i(t, p) gekennzeichnet. Diese resultiert zum einen aus der Bewegung des Senders (Doppler-Effekte, Rayleigh-Modell), zum anderen aus der Dynamik der Umgebung (vorbei fahrende Fahrzeuge, sich öffnende Türen und Fenster etc.)
Eine Schätzung des Kanals gestaltet sich daher als schwierig. Daher ist der Zusammenhang zwischen Feldstärke-Pegeln und Distanz zwischen EMS-Quelle und Empfangsanlage zumeist nicht exakt bestimmbar. Dies resultiert in einer relativ hohen Unschärfe in der Ortung. Demgegenüber steht die geforderte exakte Erfassung der Position der Zielquelle.
Diese Problematik wird heute dadurch gelöst, dass Netzbetreiber einen Kreisradius und einen Aufpunkt (Kreismittelpunkt) für den Ort größter Aufenthaltswahrscheinlichkeit angeben. Mit steigendem Kreisradius wird einer hohen Unschärfe bei der Positionserfassung Rechnung getragen. Eine genauere Positionsbestimmung ist durch mehrere Kreisschnitte realisierbar, die z.B. durch Betreiber unterschiedlicher Antennen und Empfangsanlagen generiert werden können.
Die Problemstellung einer geforderten hohen Genauigkeit wird erfindungsgemäß durch den Einsatz einer EMS-Referenzquelle gelöst, deren Position auf andere Weise mit größerer Genauigkeit bestimmt ist. Durch diese Referenzquelle ist der Kanal vom nähren Umfeld der Referenzquelle bis zur Antenne sehr genau bestimmbar. Die Position des zu ortenden Gerätes wird wiederum aus der Korrelation der Feldstärkepegel von Referenzquelle und zu Zielquelle, der Position der Referenzquelle sowie der durch klassische Ortungsverfahren geschätzte Position der Zielquelle ermittelt. EMS-Sender nahe der Referenzquelle sind somit wesentlich besser lokalisierbar.
Zum erfindungsgemäßen Verfahren gibt es eine Reihe bevorzugter Ausprägungsformen, die im Folgenden unter Zuhilfenahme von 1 erläutert werden.

i) Für viele Prozesse genügt es, den Aufenthaltsraum insofern einzugrenzen, als dass die geschätzte Entfernung zwischen Referenzquelle (1) und Zielquelle (9) ausgegeben wird. Somit wird in dieser bevorzugten Ausprägung von der Komponente (7) zur Bestimmung der Position der Zielquelle (9) eine Abstandsinformation anstatt einer geografischen Position ausgegeben.
ii) Eine weitere, zugelassene Unschärfe einer weiteren Ausprägung des Systems ist die Aussage, ob sich die Zielquelle (9) in einem bezeichneten Aufenthaltsraum (z.B. in einem bestimmten Geschäft, einem bestimmten Bus, einer bestimmten Stadt) befindet. Die Informationen hierüber sind nicht zwangsläufig boolsch. Alternativ können beispielsweise Wahrscheinlichkeitsinformationen von der Komponente (7) zur Bestimmung der Position der Zielquelle (9) ausgegeben werden.
iii) Insbesondere im Verkehrsbereich, beim Personenschutz etc. ist eine Information darüber, ob sich die Zielquelle mit der Referenzquelle bewegt von Interesse. Eine weitere bevorzugte Ausprägungsform besteht darin, die Komponente (7) zur Bestimmung der Position der Zielquelle (9) so zu modifizie ren, dass Information ausgegeben wird, die aussagt, ob sich die Zielquelle (9) mit der Referenzquelle (1) mit bewegt. Die Informationen hierüber sind nicht zwangsläufig boolsch. Alternativ können beispielsweise Wahrscheinlichkeitsinformationen ausgegeben werden.
iv) Eine weitere bevorzugtes Ausprägung reduziert die Komplexität des Gesamtsystems insofern, als dass die Informationen zur Ortung von Ziel- (9) und Referenzquelle (1) nach herkömmlichen Verfahren über die gleiche Schnittstelle (11) im Zeitmultiplexverfahren ausgetauscht werden.
v) Die letzte bevorzugte Ausprägungsform dient zur weiteren Erhöhung der Zuverlässigkeit und Genauigkeit der Positionsbestimmung. Zusätzliche Genauigkeit über den Aufenthaltsort der Zielquelle (9) können hier dadurch extrahiert werden, als dass der historische Verlauf der Korrelationsdaten bzw. der klassischen Ortungsdaten Berücksichtigung bei der Schätzung des Aufenthaltsortes durch die Komponente (7) zur Bestimmung der Position der Zielquelle (9) findet.

Ausführungsbeispiel
Eine Ausführung des Verfahrens ist am Beispiel des so genannten „mobilen Fahrscheins" unter Bezugnahme auf 1 erläutert und illustriert.
Ein Fahrgast (1) führt ein Mobilgerät (2) bei sich. Mit diesem Mobilgerät betritt er das Verkehrsmittel (3), z.B. einen Bus. Im Bus ist eine Referenzquelle (4), z.B. in Form des Mobiltelefons eines Busfahrers, installiert.
Fährt der Bus (3) von der Haltestelle los, so ist das Mobilgerät (2) des Fahrgastes (1) mit klassischen Verfahren ortbar. Die exakte Position des Fahrgastes ist durch Messung der Feldstärke an zwei Empfangsanlagen (6a), (6b) über die Zweipunktortung bzw. Kreuzpeilung nur grob bestimmbar (5). Für die Position der Referenzquelle gilt das gleiche. Ist der Bus mit einem Positionserfassungssystem (7), z.B. nach GPS-Standard, ausgerüstet, so lässt sich die Position der Referenzquelle wesentlich exakter bestimmen als über die Feldstärkemessung. Durch die Bestimmung der Korrelation zwischen den gemessenen Feldstärkepegeln vom Referenzquelle (4) und Mobilgerät (2) lässt sich die Position des Mobilgerätes als „nahe zur Referenzquelle" bestimmen. Ein ermitteltes zeitliches Profil des Zellenwechsels von Referenz- und Zielquelle kann die Zuverlässigkeit dieser Aussage insofern steigern, dass der historischen Verlauf der Korrellation der Messergebnisse berücksichtigt wird.

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung einer elektromagnetische Strahlung emitierenden Quelle, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Referenzquelle, deren Position über eine Schnittstelle zur Positionserfassung bekannt ist, eine Schnittstelle zum Austausch von Informationen zur Ortung der Referenzquelle nach herkömmlichen Verfahren, eine Schnittstelle zum Austausch von Informationen zur Ortung der Zielquelle nach herkömmlichen Verfahren, eine Komponente zur Berechnung der Korrelation der erfassten Daten, einer Komponente zur Bestimmung der Position der Zielquelle aus Korrelationsdaten und Position der Referenzquelle sowie eine Schnittstelle zur Ausgabe von Informationen zur bestimmten Position der Zielquelle.
Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach Anspruch 1, wobei die ausgegebene Informationen zur bestimmten Position sich auf einen geschätzten Abstand zwischen Referenzquelle und Zielquelle beschränkt.
Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach Anspruch 1, wobei sich die ausgegebene Informationen zur bestimmten Position auf einen geschätzten Aufenthaltsraum der Zielquelle beschränkt.
Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach Anspruch 1, wobei sich die ausgegebene Informationen zur bestimmten Position auf die Information beschränkt, ob sich die Zielquelle mit der Referenzquelle mit bewegt.
Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach einem der Ansprüche 1–4 wobei die Informationen zur Ortung von Ziel- und Referenzquelle nach herkömmlichen Verfahren über die gleiche Schnittstelle im Zeitmultiplexverfahren ausgetauscht werden.
Verfahren und Vorrichtung zur Positionsbestimmung nach einem der Ansprüche 1–5 wobei die Komponente zur Bestimmung der Position der Zielquelle aus Korrelationsdaten und Position der Referenzquelle den historischen Verlauf der Eingangsdaten berücksichtigt.